Ingenieurs van het U.S. Army Research Laboratory en de University of Maryland hebben een techniek ontwikkeld die ervoor zorgt dat een composietmateriaal op verzoek stijver en sterker wordt wanneer het wordt blootgesteld aan ultraviolet licht.

Deze on-demand controle van composietgedrag zou een verscheidenheid aan nieuwe mogelijkheden kunnen bieden voor het toekomstige ontwerp van legerhelikopters, Prestatie en Onderhoud.

Dr. Frank Gardea van ARL, een onderzoeksingenieur, zei dat de focus van het onderzoek lag op het beheersen van hoe moleculen met elkaar omgaan. Hij zei dat het doel was om "ze op zo'n manier met elkaar te laten communiceren dat ze op kleine schaal veranderen, of nanoschaal, kan leiden tot waargenomen veranderingen op grotere schaal, of macroschaal."

Dr. Bryan Glaz, hoofdwetenschapper van ARL's Vehicle Technology Directorate zei:"een belangrijke motivatie voor dit werk is de wens om nieuwe structuren te ontwerpen, beginnend op nanoschaal, om geavanceerde helikopterconcepten mogelijk te maken die in het verleden zijn voorgesteld, maar waren onhaalbaar vanwege beperkingen in de huidige composieten. Een van de belangrijkste mogelijkheden van deze concepten is een aanzienlijk verminderde onderhoudslast als gevolg van compromissen die we sluiten om met hoge snelheden te vliegen, hij zei.

Het verminderde geplande onderhoud van toekomstige luchtvaartplatforms van het leger is een belangrijke technologische driver voor toekomstige operationele concepten.

"De verbeterde mechanische eigenschappen met mogelijk lage boetes, mogelijk gemaakt door de nieuwe techniek, zou kunnen leiden tot op nanocomposiet gebaseerde structuren die concepten voor helikopters mogelijk maken die we vandaag niet kunnen bouwen, ' zei Glaz.

Het gezamenlijke werk, onlangs gepubliceerd in Geavanceerde materiaalinterfaces , toont aan dat deze composietmaterialen 93 procent stijver en 35 procent sterker kunnen worden na vijf minuten blootstelling aan ultraviolet licht.

De techniek bestaat uit het hechten van met ultraviolet licht reagerende moleculen aan versterkende middelen zoals koolstofnanobuisjes. Deze reactieve versterkingsmiddelen worden vervolgens ingebed in een polymeer. Bij blootstelling aan ultraviolet licht, er vindt een chemische reactie plaats waardoor de interactie tussen de versterkingsmiddelen en het polymeer toeneemt, waardoor het materiaal stijver en sterker wordt.

De onderzoekers zeiden dat de hier gebruikte chemie algemeen toepasbaar is op een verscheidenheid aan wapening / polymeercombinaties, waardoor het nut van deze controlemethode wordt uitgebreid naar een breed scala aan materiaalsystemen.

"Dit onderzoek toont aan dat het mogelijk is om de algehele materiaaleigenschap van deze nanocomposieten te beheersen door middel van moleculaire engineering op het grensvlak tussen de composietcomponenten. Dit is niet alleen belangrijk voor de fundamentele wetenschap, maar ook voor de optimalisatie van de respons van structurele componenten, " zei dr. Zhongjie Huang, een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Maryland.

Legeronderzoekers bedachten deze fundamentele benadering voor het potentieel om "nieuwe sprong vooruit mogelijk te maken ter ondersteuning van de Future Vertical Lift Army Modernization Priority, " zeiden ambtenaren.

"Op dit moment, de ontwikkeling van geavanceerde structuren om de luchtvaartcapaciteiten van het leger vooruit te helpen die momenteel niet haalbaar zijn vanwege beperkingen in mechanische eigenschappen van huidige materialen, "Zei Glaz. "Dit is vooral belangrijk voor de beoogde toekomstige werkomgeving die langere gebruiksperioden vereist zonder de mogelijkheid om terug te keren naar stationaire bases voor onderhoud."

Sommige bijzonder aantrekkelijke ontwerpopties die overeenkomen met lagere mechanische belastingen en trillingen zijn momenteel niet haalbaar vanwege beperkingen in structurele demping in scharnierloze blad- of vleugelconstructies.

Toekomstige constructies op basis van dit werk kunnen helpen leiden tot nieuwe composieten met gecontroleerde structurele demping en een laag gewicht die weinig onderhoud mogelijk maken, concepten voor hogesnelheidshelikopters die momenteel niet haalbaar zijn (bijv. zachte in-plane tiltrotors).

In aanvulling, controleerbare mechanische respons zal de ontwikkeling mogelijk maken van adaptieve lucht- en ruimtevaartstructuren die mogelijk geschikt zijn voor mechanische belastingsomstandigheden.

"Het Army Research Laboratory en zijn partners zullen blijven investeren in opkomende en door soldaten geïnspireerde technologieën die betrouwbaardere, beter presterend, en sprong vooruit mogelijkheden die essentieel zijn voor de vooruitgang van de volgende generatie platforms die worden gebruikt door Soldiers, " zei Elias Rigas, divisiechef van de ARL Vehicle Applied Research Division.

Collaboration between the ARL and the University of Maryland was crucial in the development of this method.

"In our lab at UMD we have been developing unique carbon nanomaterials and chemistry but it was not until Gardea approached us did we become aware of the intriguing challenge and opportunity for reconfigurable composite materials, " said Dr. YuHuang Wang, professor of the Department of Chemistry and Biochemistry at the University of Maryland. "Together we have achieved something that is quite remarkable."